淺談GPS—RTK在水工環地質調查中的應用

姜震

摘要：GPS衛星全球定位系統測量技術是在現代測量領域里被廣泛應用的一項先進技術，隨著這項技術的不斷發展壯大，RTK技術測量水平也越來越先進，逐步的進入了水工環地質調查應用中。文章首先介紹了GPS-RTK定位測量技術，然后對其作業流程和精度把控進行探討分析，最后論述了其在水工環地質調查中的應用實例。這種技術的優點在于提高了工作效率，尤其是對于水工環地質調查而言，在控制測量、地形測圖和工程放樣方面有重大意義。

關鍵詞：GPS；RTK；水工環；地質調查；應用

一、GPS-RTK定位技術

1.1實時動態測量。GPS-RTK又名實時動態差分法，它的具體應用為：采用相位差分（相位差分屬于GPS三類中的一類，另兩類為位置差分以及偽距差分），這種測量方法能夠在野外實時得到厘米級定位精度。GPS-RTK定位技術是GPS測量技術發展中的一個新突破，它基于載波相位觀測值，是一種實時動態GPS定位技術。應用這種技術能夠實時地提供指定坐標系中測站點的三維定位結果，而且這種結果的精度可以達到厘米級。RTK定位技術還具有非常強的數據處理能力。實現這個目的需要將兩個相對獨立的GPS信號接收系統聯成有機整體，即在兩臺GPS接收機間增設一套無線數字通訊系統。通過電臺，觀測信息和測站數據被基準站傳輸給流動站，然后流動站就會對這些觀測信號進行差分處理，兩站間的基線值就會被測出。與此同時，輸入相應的坐標轉換和投影參數，就可以實時得到測點坐標。

1.2RTK測量原理。RTK的測量原理可以用以下文字來闡述：即為了對所有可見衛星進行連續觀測，需要在精度較高的首級控制點上安置上一臺GPS接收機。這臺接收機會進行實時觀測，流動觀測站可以收到其通過發射臺所發送的其實時觀測到的數據。被安置在流動觀測站上的GPS接收機會接收到這些數據，同時，接收衛星信號。然后，其會利用相對定位的原理，對流動站的三維坐標和測量精度進行實時地計算并顯示。這就實現了RTK測量。

二、水工環地質調查GPS-RTK流程

水工環地質調查GPS-RTK流程共包括三個步驟，分別為：準備、求定測區轉換參數以及GPS-RTK施測。

2.1準備。在GPS-RTK進行野外測量前，需要做一定的準備工作。首先，踏勘測區，即搜集測區周圍的高等級平面控制資料及高程資料，然后分析這些收集到的控制點坐標成果，以確定本測區應用的控制點；其次，設置基準站及流動站的參數；再次，在基準站輸入控制點坐標；最后，要設置流動站儀器設備設置參數，這個參數要和基準站的設置保持一致。

2.2求定測區轉換參數。求定測區轉換參數是為求解轉換參數以及為RTK動態測量做好準備。具體來說，就是在搜集到的控制點資料中，合理選擇坐標系以及高程的公共點。在選擇轉換參數時，需要注意兩個問題：首先，測區四周及中心的控制點要呈均勻分布的態勢；其次，控制點要選3個以上，以便可以利用GPS隨機軟件求解轉換參數。

2.3 GPS-RTK施測步驟。目前，國際上比較先進的GPS-RTK施測設備包括瑞士徠卡1200型，徠卡1200型動態GPS具有很多其它施測工具難以比擬的優勢，包括跟蹤更低的高度角、最快的衛星跟蹤技術、更快的更新率、抗干擾，以及消除多路效應，還有低時間延遲，而且其動態精度可達±5mm+1ppm×D（D即基線長度）。使用其特有的Smartcheck（即快速檢核技術）算法它可以給出快速精確的成果，它能夠以20Hz的速度提供厘米級的定位成果，幾秒內就能完成RTK測量初始化，并實時進行完好性檢測。其還具有非常高的可靠性，在15Km以內可以達到99.9%。

三、GPS-RTK在水工環地質調查中的精度分析

3.1影響RTK定位精度的主要因素

（1）基準站坐標誤差。基準站的坐標精度對整個RTK系統有著直接的影響。過低的坐標精度會導致流動站所得到的所有數據都產生一定的系統誤差。

（2）坐標系統轉換精度。平時生產過程中，通常采用北京54、國家80等坐標系統，或者采用一些地方坐標系統。而GPS衛星觀測所采用的坐標系統為世界大地坐標系（WGS84），這就需要將這些坐標系統進行轉換，因此，要注意坐標系統轉換精度這個因素的影響。

（3）信號傳播誤差。RTK系統在進行數據信號采集時采用的是電磁波。而采用電磁波會受多種因素的影響，比如電離層和對流層的折射誤差，還有多路徑的效應誤差，這就要求我們作業過程中注重對作業環境的選擇（如避開電臺、信號塔、高大建筑物等）。

（4）人為因素。觀測以及施測也有人為操作，而在作業過程中，人員操作等原因也會造成天線相位中心位置出現偏差，導致點位對中出現誤差。此外，手簿采集記錄誤差也會影響到RTK的定位精度。

3.2作業精度保障。精度是觀測成功與否的標志之一，為確保精度，在進行RTK作業時，為保障作業精度，需要注意以下幾點：首先，基準站應盡量設在視野開闊的較高位置，基準站發射天線的高度要適當提高；其次，聯測控制點要求數量盡量多且圖形強度高，要盡量采用已建成的三角點、國家高等級GPS點，或者要盡量采用經過統一平差的控制網內的GPS點；再次，為確保固定解并將移動站天線盡可能保持垂直，對于在每測設點的觀測時間要適當延長；還有，作業半徑要保持在規定范圍以內；最后，為確保限差在規定范圍以內，要嚴格按照規范采集移動站數據。

四、GPS-RTK應用實例分析

一座硝化纖維廠，建立在石灰巖地區。由于污水泄漏，硝化纖維污染了地質環境。在18個30米深和7個50m深的鉆孔中作井中雷達探測，可以探測到地表至潛水面（約6am）巖溶結構可能捕獲的硝化纖維。采用惠更斯一基爾霍夫（HK）疊加法對常規處理過的收集到的資料進行分析，可以繪制出三維雷達圖。通過這個圖像，可以看出幾個受硝化纖維污染的位置。在后來的開挖中，就注意了這幾個位置。這個實例證示了GPS的探測成果。

五、 結語

GPS-RTK測量技術既可實時知道測量點位精度，又可以實時提供點位坐標和高程，極大地提高了工作效率。在水工環地質調查中，這樣的系統能較好地完成大面積地形測量。尤其是在常規測量儀器難于完成的作業區域，比如因氣候條件差，就可以通過GPS-RTK模式進行測繪，不但可以大幅度提高測量精度，而且大大有利于減輕測量人員的內、外業勞動強度。

參考文獻：

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